量子悬崖：质子隧穿临界阈值决定 RPE65 介导视网膜疾病的临床严重程度
新兴技术
2026-02-10 v2 生物大分子
摘要
从基因型预测临床严重程度仍然是分子医学中的一项基本挑战，特别是对于其功能依赖于亚原子尺度几何结构的酶。\textit{RPE65} 异构水解酶的突变导致 Leber 先天性黑蒙（LCA）及相关视网膜疾病；然而，将亚原子尺度扰动与失明联系起来的动力学机制仍不清楚。在本研究中，我们证明人类视觉异构酶 RPE65 的突变受源于活性位点质子隧穿的量子力学阈值效应支配。我们建立了一个混合量子-经典的结构到表型流水线，结合 AlphaFold 结构预测与使用变分量子本征求解器（VQE）的 \textit{ab initio} 量子模拟，以分析视觉周期中最小的质子耦合电子转移。我们的分析表明，许多致病突变不仅仅是阻塞活性位点，而是强烈降低了质子隧穿的量子概率。我们观察到一个被称为“量子悬崖”的急剧非线性效应，其中微小的结构变化（低于 0.1 \AA）使反应速率降低了多个数量级。基于这些发现，我们引入了一个无量纲的相对量子活性分数（RQAS），它分离了反应速率受几何控制的指数敏感性，并成功区分了轻度与重度患者表型。这些结果表明，RPE65 在量子临界点附近运作，其中亚埃级结构扰动会导致灾难性的功能丧失。此外，我们的发现确立了量子隧穿作为原子结构与临床表型之间的预测性机制联系，提出了量子结构疾病建模的一般框架。
引用
@article{arxiv.2601.18435,
title = {The Quantum Cliff: A Critical Proton Tunneling Threshold Determines Clinical Severity in RPE65-Mediated Retinal Disease},
author = {Biraja Ghoshal and William Woof and Bhargab Ghoshal and Nikolas Pontikos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.18435},
year = {2026}
}